2010工程地质学土体、灾害_-特殊土之膨胀土

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1、工程地质学中国科学院研究生院硕士课程(土体工程地质与地质灾害部分)一、土的基本物理力学性质二、土体微结构力学三、特殊土工程地质性质与评价(一)黄土(二)膨胀土(三)软土(四)红土四、地质灾害及其勘查评价提纲中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程一、特殊土工程地质性质与评价什么是特殊土?工程角度指的是与一般土体(如一般粘土、砂土、粉土等)相比，具有某些特殊工程性质的土类。如：黄土、软土、膨胀土、红土、冻土、混合土等。中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程2005年机械工业出版社赵树德教授主编的《高等工程地质学》中，将特殊土称为“区域性土”：Ø

2、非普遍分布，仅限定在一定区域内Ø具有特殊的工程地质性质中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程（二）膨胀土定义膨胀土泛指含水状况发生变化时其体积将发生明显膨胀或收缩的一类特殊土。从工程角度看,膨胀土系指土中粘土矿物成分主要由蒙脱石、伊利石等强亲水性粘土矿物组成的、同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性，且具有湿胀干缩往复可逆变形的高塑性粘性土。中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程野外表现：u棕黄、黄红、灰白、花斑色u常含铁锰质结核及钙质结核u裂隙比较发育膨胀土的危害中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程1．膨胀土中的粘土矿物成分主

3、要是由亲水性矿物组成的，而蒙脱石则是最典型的强亲水性矿物，伊利石(水云母)具有中等亲水性，这两类粘土矿物都具有膨胀的微结构。所以当土含有一定量的蒙脱石、伊利石时，这一类土对湿度状态的变化就特别敏感。2．膨胀土同时具有吸水膨胀和失水收缩两种变形特性，而且这种变形是可逆的，即可以吸水膨胀、失水收缩，再吸水再膨胀、再失水再收缩，并胀缩变形显著。膨胀土基本特性3．膨胀土吸水膨胀后强度减小，并有随之湿化崩解的现象，而失水收缩后土的强度增大，一般都较干硬，但常伴有裂隙产生。4．膨胀土一般具有高液限、低塑限以及塑性指数较高的特性，因而从土质分类与土的工程分类

4、意义来讲，属于高塑性粘性土范畴。膨胀土基本特性野外地质特征1．地貌特征：具有垄岗式地貌景观，常呈垄岗与宽谷相间，地形平缓无自然陡坎，坡面冲蚀沟槽发育，多出露于二级以上阶地与平原、缓丘；2．土体结构：具有多裂隙性，常见有垂直、水平和斜交三组，裂面光滑常有擦痕，并可见灰白色或黑色薄膜与条带等。土块可层层分割成规则的几何形体；3．土质特性：粘土质重，滑感较强，常含有钙质与铁锰质结核或豆石；4．土的颜色：多棕、黄、褐、红等色夹灰白、灰绿色，亦常见灰白色、灰绿色等；5．自然地质作用：常见边坡表层溜塌与浅层塑性滑坡，以及地裂等。中国科学院研究生院《工程地质

5、学》硕士课程膨胀土的主要矿物成分膨胀土的主要矿物成分一类：以蒙脱石为主，含量一般在40％～50％以上，伊利石和高岭石含量一般在20％～30％。这类地区有：河南平顶山、安阳(褐色粘土)，南阳(灰白色粘土)，河北邯郸、云南蒙自(灰黄色土)、个旧、鸡街(灰黄色土)、山东即墨等地。二类：以伊利石和蒙脱石为主，两项含量差不多，一般在30％～40％，这类地区有：安徽合肥，陕西安康等。三类：以伊利石为主，含量一般在30％以上，蒙脱石含量20％左右，高岭石在15％～30％。这类地区有：广西宁明、湖北荆门(黄色粘土)、云南个旧(黄褐色土)。山西晋城等。四类：以伊

6、利石和高岭石为主，含量在40％～50％，蒙脱石含量甚少，这类地区有：广西南宁、贵县等。五类：以高岭石为主，含量在50％以上，蒙脱石和伊利石含量在20％左右，这类地区有；云南南蒙自(红褐色土)、鸡街(杂色粘土、黄褐色粘土)。中国膨胀土的粘土矿物组合类型膨胀土的颗粒组成膨胀土的颗粒组成是以细颗粒占多数。从中国部分膨胀土地区土的颗粒组成表,可以看出：1）膨胀土粒度成分随剖面深度加深毡粒含量有增加的趋势；2）粘粒含量越高,土的自由膨胀率越大，其亲水性能也越强。膨胀土的颗粒组成膨胀土的颗粒组成是以细颗粒占多数。从中国部分膨胀土地区土的颗粒组成表,可以看出

7、：1）膨胀土粒度成分随剖面深度加深毡粒含量有增加的趋势；2）粘粒含量越高,土的自由膨胀率越大，其亲水性能也越强。膨胀土的胀缩机理问题：廖世文(1984)，高国瑞(1990)总结归纳为三方面的理论：——晶格扩张理论——双电层理论——微结构控制理论中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程另一种观点：谭罗荣等(2005)的“渗透压和吸力势理论”认为，膨胀土的胀缩特性由二方面决定：——土中含有的胀缩性矿物—蒙脱石晶体自身的胀缩——土中颗粒单元之间平均间距的变化土的膨胀原因土的膨胀原因Ø膨胀土矿物成分以蒙脱石为主时，结构单元是两层二氧化硅和一层三氧化二铝

8、组成，层间联结很弱，水分子可以渗入层问，生成水夹层，而产生晶内膨胀。Ø加上蒙脱石一般又有较多的钠、钙阳离子，由于阳离子吸附作用，还产生粒间膨胀。Ø伊利